JP6638732B2 - Control system and control method - Google Patents
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Description
本発明は、制御システム等に関する。 The present invention relates to a control system and the like.
近年、ワイヤレス通信を行う複数のノードを配置したワイヤレスセンサーネットワークを用いて、サーバが温度や湿度等の各種の環境情報を収集するモニタリング技術が存在する。一般的に各ノードは屋外に設置され、各ノードはバッテリによって動作し、ソーラーパネルを用いてバッテリを充電する。 In recent years, there is a monitoring technology in which a server collects various kinds of environmental information such as temperature and humidity using a wireless sensor network in which a plurality of nodes performing wireless communication are arranged. Generally, each node is installed outdoors, and each node is operated by a battery and charges the battery using a solar panel.
屋外に設置されたノードは、天候や日照の変化に応じて、バッテリの電力残量が変動するため、電力枯渇等を抑止するべく、各ノードの動作周期に関するソフトウェアが適宜変更される。また、上記以外にも、管理者からの要望等により、ノードを動作させるためのソフトウェアが適宜変更される場合もある。 In a node installed outdoors, the remaining power of the battery fluctuates in accordance with changes in weather or sunshine, and software related to the operation cycle of each node is appropriately changed in order to suppress power depletion and the like. In addition to the above, software for operating a node may be changed as appropriate according to a request from an administrator or the like.
しかしながら、上述した従来技術では、システムの運用にかかるコストが増加するという問題がある。 However, in the above-described conventional technology, there is a problem that the cost for operating the system increases.
例えば、各ノードが広範囲に設置されている場合には、管理者の負担を軽減するべく、一度設置したノード上のソフトウェアを更新することなく運用を続けることが望ましい。これを実現させるためには、考慮しうるあらゆる環境や運用の組み合わせに対応可能なソフトウェアをノードに予め実装しておくか、あるいは、汎用PC(Personal Computer)のようにリモート制御によるソフトウェアアップデート機能を実装しておくことになる。しかし、上記のソフトウェアやソフトウェアアップデート機能は、複雑かつ実装量も大きいため、ノードのコストが増加する。また、一般的にソフトウェアの品質はソフトウェア物量とその制御量とに比例して劣化していくため、予めノードに実装した実装量の大きいソフトウェアで複雑な動作をさせようとした場合には、ソフトウェアの品質が低下する。 For example, when each node is installed in a wide range, it is desirable to continue operation without updating software on the node once installed in order to reduce the burden on the administrator. To achieve this, software that can handle all possible combinations of environments and operations can be installed in the node in advance, or a software update function by remote control such as a general-purpose PC (Personal Computer) can be used. Will be implemented. However, the software and the software update function described above are complicated and have a large amount of implementation, which increases the cost of the node. In general, the quality of software deteriorates in proportion to the amount of software and the amount of control of the software. The quality will be reduced.
これに対して、耐環境実装を行わず、運用に対するバリエーションにも対応しないシンプルな実装をノードに対して行うと、機能的に不十分となり、屋外に設置されるノードとしては、機能的に不向きなものとなってしまう。 On the other hand, if a simple implementation that does not support environmental variation and does not correspond to variations in operation is performed on the node, the function will be insufficient, and it will not be functionally suitable for a node installed outdoors. It will be something.
1つの側面では、本発明は、システムの運用にかかるコストが増加することを抑止できる制御システムおよび制御方法を提供することを目的とする。 In one aspect, an object of the present invention is to provide a control system and a control method capable of suppressing an increase in system operation cost.
第1の案では、制御システムは、サーバと複数のノードとを有する。サーバは、送信部を有する。送信部は、ノードに実行させる所定の処理を逐次処理および逐次処理を繰り返し実行させるループ処理の組み合わせで記述したコマンド列のデータをノードに送信する。ノードは、記憶部と、複数のAPI部と、制御部とを有する。記憶部は、サーバから受信したコマンド列のデータを格納する。API部は、予め定められた逐次処理を実行する。制御部は、記憶部に記憶されたコマンド列に基づいて、API部を選択し、選択したAPI部に逐次処理およびループ処理を実行させる。 In the first case, the control system has a server and a plurality of nodes. The server has a transmission unit. The transmitting unit transmits, to the node, data of a command sequence in which a predetermined process to be executed by the node is described in combination with a sequential process and a loop process for repeatedly executing the sequential process. The node has a storage unit, a plurality of API units, and a control unit. The storage unit stores command string data received from the server. The API unit executes a predetermined sequential process. The control unit selects an API unit based on the command sequence stored in the storage unit, and causes the selected API unit to execute a sequential process and a loop process.
システムの運用にかかるコストが増加することを抑止できる。 It is possible to suppress an increase in cost for operating the system.
以下に、本発明にかかる制御システムおよび制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a control system and a control method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
図1は、本実施例に係る制御システムの一例を示す図である。図1に示すように、サーバ50と、ゲートウェイ60と、センサーネットワーク70とを有する。センサーネットワーク70は、ノード100a,100b,100c,100d,100e,100f,100g,100h,100i,100j,100k,100lを有する。ここでは、一例として、ノード100a〜100lを示すが、その他のノードが含まれていても良い。以下の説明では、ノード100a〜100lをまとめて、適宜、ノード100と表記する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a control system according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 1, the server includes a
サーバ50は、ネットワーク5を介して、ゲートウェイ60に接続される。ゲートウェイ60は、センサーネットワーク70に接続される。センサーネットワーク70に含まれる各ノード100は、無線通信によって相互に接続される。
The
サーバ50は、ノード100に実行させる所定の処理を逐次処理およびループ処理の組み合わせで記述したコマンド列の情報をノード100に送信する装置である。
The
ゲートウェイ60は、サーバ50と、センサーネットワーク70との間で送受信されるデータを中継する装置である。
The
ノード100は、屋外に設置され、バッテリによって動作し、ソーラーパネルを用いてバッテリに電力を充電する。ノード100は、単純なAPI(Application Programming Interface)、ドライバ、逐次処理・ループ処理の制御構造のみを有する。ノード100は、サーバ50から通知されるコマンド列を基にして、逐次処理およびループ処理を実行する。
The
センサーネットワーク70上のノード100は、ソフトウェア的な機能の違いから、節ノードまたは葉ノードに分類される。節ノードは、データ中継を行うセンサーネットワーク70の節となるノード100で、自身のデータを送信するだけではなく、節として接続された隣接ノードからデータを受信し、受信したデータを他の隣接ノードに転送する。これに対して、葉ノードは、自身のデータの送信のみを行うノードである。
The
節ノードおよび葉ノードの違いは、ソフトウェアのセッティングだけの違いであり、どのノード100も節ノードまたは葉ノードになることができる。しかし、葉ノードの消費電力と、節ノードの消費電力との間には大きな電力差がある。
The difference between a node node and a leaf node is only a setting of software, and any
図2は、葉ノードの消費電力と節ノードの消費電力とを説明するための図である。図2において、グラフ10Aは、葉ノードの電力波形の一例を示すグラフであり、縦軸は電力を示し、横軸は時間を示す。グラフ10Bは、節ノードの電力波形の一例を示すグラフであり、縦軸は電力を示し、横軸は時間を示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining power consumption of leaf nodes and power consumption of node nodes. In FIG. 2, a
グラフ10Aについて説明する。葉ノードは、ある時刻から時刻t1までの間、待機を行う。待機時の消費電力は、2.1mWとなる。葉ノードは、時刻t1から時刻t2までの間に、葉ノードに設置されたセンサからデータを取得する処理を実行する。葉ノードは、時刻t2から時刻t3までの間に、データ送信前処理を実行する。データ送信前処理を実行する際の消費電力は、98.6mWとなる。葉ノードは、時刻t3から時刻t4までの間に、データ送信を行う。データ送信時の消費電力は126.4mWとなる。葉ノードは、時刻t5から時刻t6までの間に、後処理を実行する。後処理のある時刻では、消費電力が30.6mWとなる。葉ノードは、時刻t6以降では再び、待機状態となる。
The
グラフ10Bについて説明する。節ノードは、ある時刻から時刻t7までの間、隣接ノードからのデータ受信の待機を行う。データ受信の待機時の消費電力は、98.6mWとなる。節ノードは、時刻t7から時刻t8までの間、データ送信を行う。データ送信時の消費電力は126.4mWとなる。
The
グラフ10Aとグラフ10Bとを比較すると、例えば、葉ノードでは、センサからデータを取得し始めた時刻t1から後処理が完了する時刻t6までの約10ms間に限り、消費電力が大きくなるがそれ以外の時刻の消費電力は小さくなる。これに対して、節ノードは、常時、消費電力が大きくなる。
Comparing the
センサーネットワーク70を構成するノード100は、屋外に設置されソーラーパネルによる発電と、バッテリによる充電が行われているが、節ノードの消費電力が大きいため、悪天候やノード100が日陰に位置する場合には、節ノードの電力が枯渇する可能性が高くなる。
The
ここで、天候や日陰の状態を考慮し、また、葉や節となるセンサーネットワーク70のトポロジーに起因する消費電力の不均衡を加味することで、制御アルゴリズムを構築することは可能である。しかし、実際に自然環境下におかれた場合には、複雑な因子が絡み合い、実際に運用してみないと分からない事象がある。このため、単純に「XX、YY、ZZの条件の元で、電力閾値がPPより下がったので一時停止する」といった制御アルゴリズムでノード100を独立動作させることは困難である。
Here, it is possible to construct a control algorithm by taking into account the weather and shade conditions, and by taking into account the imbalance in power consumption due to the topology of the
次に、図1に示したサーバ50の構成について説明する。図3は、本実施例に係るサーバの構成を示す機能ブロック図である。図3に示すように、このサーバ50は、通信部51と、記憶部52と、制御部53とを有する。
Next, the configuration of the
通信部51は、ネットワーク5、ゲートウェイ60を介して、センサーネットワーク70のノード100とデータ通信を実行する処理部である。通信部51は、例えば、通信装置に対応する。後述する制御部53は、通信部51を介して、センサーネットワーク70のノード100とデータをやり取りする。
The communication unit 51 is a processing unit that executes data communication with the
記憶部52は、電力データテーブル52bを有する。記憶部52は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)などの半導体メモリ素子などの記憶装置に対応する。
The
電力データテーブル52bは、ノード100を一意に識別する識別情報と、電力データとを対応付けて保持するテーブルである。例えば、電力データは、各ノード100のバッテリに蓄積された電力量の情報である。
The power data table 52b is a table that stores identification information for uniquely identifying the
制御部53は、電力データ取得部53aと、スクリプト生成部53bと、送信部53cとを有する。制御部53は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)や、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積装置に対応する。また、制御部53は、例えば、CPUやMPU(Micro Processing Unit)等の電子回路に対応する。
The
電力データ取得部53aは、各ノード100から電力データを取得する処理部である。電力データ取得部53aは、ノード100から取得した電力データと、ノード100の識別情報とを対応付けて、電力データテーブル52bに格納する。
The power
スクリプト生成部53bは、ノード100に実行させる所定の処理を、逐次処理および逐次処理を繰り返し実行させるコマンド列の情報として生成する処理部である。例えば、コマンド列は、例えば、スクリプト言語で記載される。以下の説明では、スクリプト生成部53bが生成するコマンド列を適宜、スクリプトと表記する。スクリプト生成部53bは、スクリプトの情報を、送信部53cに出力する。
The
送信部53cは、スクリプト生成部53bから受け付けたスクリプトの情報を、センサーネットワーク70の各ノード100に送信する処理部である。以下の説明では、スクリプトの情報を、適宜、スクリプト情報と表記する。
The
続いて、上述したスクリプト生成部53bが生成するコマンド列の情報について具体的に説明する。
Subsequently, information of the command sequence generated by the
まず、サーバ50が、デフォルトでセンサーネットワーク70の各ノード100を運用する場合に送信するスクリプトについて説明する。センサーネットワーク70のデフォルトの運用状態を構成する制御パラメタAの情報は、下記に示すA1,A2,A3となる。
A1:20秒毎にサンプリングを行う。
A2:A1の状態を1分間持続する。
A3:9分間休眠状態とする。First, a script transmitted when the
A1: Sampling is performed every 20 seconds.
A2: The state of A1 is maintained for one minute.
A3: Sleep for 9 minutes.
サーバ50のスクリプト生成部53bは、デフォルトの運用状態でセンサーネットワーク70を運用する場合には、制御パラメタAに対応するスクリプトを生成する。制御パラメタAに対応するスクリプトは、図4に示すスクリプトa1と、図5に示すスクリプトa2となる。図4および図5は、制御パラメタAに対応するスクリプトの一例を示す図である。
When operating the
図4に示すスクリプトa1の1行目は、コマンドを実行するノード100を示している。1行目は「Target:All end device」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70に含まれる全ての葉ノードとなる。スクリプトa1の2行目から5行目までの内容は「{センシングする→センシングしたデータを送信する}という処理を20秒毎に行う」という意味である。このスクリプトa1を取得した葉ノードは、20秒毎にセンシングを行い、センシングしたデータを、サーバ50に送信することになる。
The first line of the script a1 illustrated in FIG. 4 indicates the
図5に示すスクリプトa2の1行目は、コマンドを実行するノード100を示している。1行目は「Target:All end device」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70に含まれる全ての葉ノードとなる。スクリプトa2の2,3行目の内容は「9分スリープせよ」という意味である。例えば、スクリプトa1に基づきループ動作していたノード100は、スクリプトa2を受信すると、受信した時点から9分間スリープ状態となり、スリープ状態が解除されてから、再度、スクリプトa1に基づくループ動作に復帰する。
The first line of the script a2 illustrated in FIG. 5 indicates the
なお、送信部53cが、スクリプトa1をノード100に送信した後に、スクリプトa2を10分毎に送信することで、下記に示す処理を各ノード100に実行させることができる。すなわち、ノード100は、センシングしたデータをサーバ50に送信する処理を20秒毎に実行する処理を1分間継続する。そして、ノード100は、9分間スリープ状態となり、再び、20秒毎のサンプリングを実行する。
Note that the transmitting
続いて、サーバ50が、電力が枯渇しそうなあるノード100に送信するスクリプトについて説明する。ここでは、電力が枯渇しそうなあるノード100をノード100Xとする。ノード100Xは、図1に示したノード100a〜100lの何れかに対応する。サーバ50が、ノード100Xを停止させてしまうと、ノード欠損となってしまい、トポロジー的にも歯抜けの問題がでできてしまう。このため、サーバ50は、なるべくノード100Xの運用を続ける。
Next, a script that the
例えば、サーバ50は、各ノード100の発電状態の統計情報から一時的な発電不良からの復帰期待値、あるいは、日昇日没の時間を基にして、ノード100Xをどのように動作させると、ノード100Xの電力枯渇の状態を解消できるのかを判定する。
For example, when the
例えば、サーバ50のスクリプト生成部53bは、1周期動作でのサンプリングを3回から1回に間引いたコマンド列のスクリプトを生成する。このスクリプトにより、ノード100Xの消費電力が1/3に削減され、ノード100Xの電力が枯渇するまでの時間を長くする。例えば、図4,図5に示す動作を継続すると、日が昇る前に電力枯渇になるが、サンプリング回数を間引くことで、日が昇るまで、動作を継続できる。その後の日照により、ノード100Xのバッテリに電力が充電され、電力枯渇の危機を解消できる。
For example, the
例えば、電力枯渇を防ぐためにノード100Xに送信する制御パラメタBの情報は、下記に示すB1,B2,B3となる。
B1:60秒毎にサンプリングを行う。
B2:B1の状態1を分間持続する。
B3:9分間休眠状態とする。For example, information on the control parameter B transmitted to the node 100X to prevent power depletion is B1, B2, and B3 shown below.
B1: Sampling is performed every 60 seconds.
B2:
B3: Sleep for 9 minutes.
サーバ50のスクリプト生成部53bは、制御パラメタBに対応するスクリプトを生成する。制御パラメタBに対応するスクリプトは、図6に示すスクリプトb1と、図7に示すスクリプトb2となる。図6および図7は、制御パラメタBに対応するスクリプトの一例を示す図である。
The
図6に示すスクリプトb1の1行目は、コマンドを実行するノード100を示している。1行目は「Target:Node X」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70に含まれるノード100Xとなる。スクリプトb1の2行目から5行目までの内容は「{センシングする→センシングしたデータを送信する}という処理を60秒毎に行う」という意味である。このスクリプトb1を取得したノード100Xは、60秒毎にセンシングを行い、センシングしたデータを、サーバ50に送信することになる。
The first line of the script b1 illustrated in FIG. 6 indicates the
図7に示すスクリプトb2の1行目は、コマンドを実行するノード100を示している。1行目は「Target:Node ALL end device」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70に含まれる全ノード100となる。スクリプトb2の2,3行目の内容は「9分スリープせよ」という意味である。例えば、スクリプトb1に基づきループ動作していたノード100Xは、スクリプトb2を受信すると、受信した時点から9分間スリープ状態となり、スリープ状態が解除されてから、再度、スクリプトb1に基づくループ動作に復帰する。
The first line of the script b2 shown in FIG. 7 indicates the
なお、送信部53cが、スクリプトb1をノード100Xに送信した後に、スクリプトb2を10分毎に送信することで、下記に示す処理を各ノード100Xに実行させることができる。すなわち、ノード100Xは、センシングしたデータをサーバ50に送信する処理を60秒毎に実行する処理を1分間継続する。そして、ノード100Xは、9分間スリープ状態となり、再び、60秒毎のサンプリングを実行する。
In addition, after transmitting the script b1 to the node 100X, the transmitting
上記例では、送信部53cが、電力が枯渇しそうなノード100Xに対して、スクリプトb1,b2を送信して、電力の枯渇を防ぐことをしたが、送信部53cは、その他のスクリプトをノード100Xに送信しても良い。例えば、送信部53cは、ノード100Xの役割が節ノードである場合に、ノード100Xの役割を葉ノードに変更することで、電力消費を抑えても良い。
In the above example, the transmitting
ここで、例えば、サーバ50は、ノード100Xの電力量が閾値を下回った場合に、ノード100Xの電力が枯渇しそうであると判定する。例えば、サーバ50は、以下の考慮1〜5を基にして、閾値を設定しても良い。
Here, for example, when the power amount of the node 100X falls below the threshold, the
考慮1:閾値を切った状態が、連続する節ノードでの運用によるものなのか。
考慮2:日没により発電状態が低下し、翌朝には発電が期待されるものなのか。
考慮3:突発的な天候変化に伴い、発電状態が低下した状態になっているのか。
考慮4:元々日陰に設置され、定常的に発電状態が悪いのか。
考慮5:考慮1〜4と、ノードが葉ノードであるか節ノードであるかの組み合わせ。Consideration 1: Is the state where the threshold is cut off due to operation at successive node nodes?
Consideration 2: Is the power generation state reduced by sunset, and is it expected to be generated the next morning?
Consideration 3: Is the power generation state reduced due to sudden weather change?
Consideration 4: Is it originally installed in the shade and the power generation state is constantly bad?
Consideration 5: A combination of considerations 1-4 and whether the node is a leaf node or a node.
続いて、サーバ50が、各ノード100を複数のグループに分類し、グループ毎に異なるスクリプトを送信する場合について説明する。例えば、サーバ50は、グループ単位で、葉ノードと、節ノードとの役割分担を変更する。グループ単位で、葉ノードと節ノードとの役割分担を変更することで、各ノード100の電力消費の偏りを解消することができる。
Subsequently, a case where the
ここでは、ノード100が、グループMまたはグループNに分類されているものとする。図8および図9は、ノードの役割を設定するスクリプトの一例を示す図である。
Here, it is assumed that the
図8に示すスクリプトc1の1行目は、2行目から4行目までのコマンドを実行するノード100を示している。1行目は「Target:Node group M」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70のグループMに属するノード100となる。スクリプトc1の2行目から4行目までの内容は「ノード100の役割を、葉ノード(End device)にする」という意味である。すなわち、グループMに属するノード100は、スクリプトc1を受信すると、役割を葉ノードに設定する。
The first line of the script c1 illustrated in FIG. 8 indicates the
スクリプトc1の5行目は、6行目から8行目までのコマンドを実行するノード100を示している。5行目は「Target:Node group N」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70のグループNに属するノード100になる。スクリプトc1の6行目から8行目までの内容は「ノード100の役割を、節ノード(Router)にする」という意味である。すなわち、グループNに属するノード100は、スクリプトc1を受信すると、役割を節ノードに設定する。
The fifth line of the script c1 indicates the
スクリプトc1の9行目は、10行目から12行目までのコマンドを実行するノード100を示している。9行目は「Target:All node」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70に含まれる全てのノード100となる。スクリプトc1の10行目から12行目までの内容は「ネットワークを再構築する」という意味である。
The ninth line of the script c1 indicates the
図9に示すスクリプトc2の1行目は、2行目から4行目までのコマンドを実行するノード100を示している。1行目は「Target:Node group N」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70のグループNに属するノード100となる。スクリプトc2の2行目から4行目までの内容は「ノード100の役割を、葉ノード(End device)にする」という意味である。すなわち、グループNに属するノード100は、スクリプトc2を受信すると、役割を葉ノードに設定する。
The first line of the script c2 shown in FIG. 9 indicates the
スクリプトc2の5行目は、6行目から8行目までのコマンドを実行するノード100を示している。5行目は「Target:Node group M」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70のグループMに属するノード100になる。スクリプトc2の6行目から8行目までの内容は「ノード100の役割を、節ノード(Router)にする」という意味である。なわち、グループMに属するノード100は、スクリプトc2を受信すると、役割を節ノードに設定する。
The fifth line of the script c2 indicates the
スクリプトc2の9行目は、10行目から12行目までのコマンドを実行するノード100を示している。9行目は「Target:All node」となっており、コマンドを実行するノード100は、センサーネットワーク70に含まれる全てのノード100となる。スクリプトc2の10行目から12行目までの内容は「ネットワークを再構築する」という意味である。
The ninth line of the script c2 indicates the
次に、図1に示したノード100の構成について説明する。図10は、本実施例に係るノードの構成を示す機能ブロック図である。図10に示すように、このノード100は、API部110a,110b,110c,110d、ドライバ120a,120b,120c,120dを有する。ノード100は、API部110a〜110d以外のAPI部を有していても良い。ノード100は、ドライバ120a〜120d以外のドライバを有していても良い。ノード100は、記憶部130、制御部140を有する。
Next, the configuration of the
API部110aは、制御部140からセンシングの実行コマンドを受け付けた場合に、ドライバ120aを制御して、図示しないセンサからの環境データを取得する処理部である。環境データには、例えば、気温や湿度等のデータが含まれる。
The
ドライバ120aは、センサに接続される。ドライバ120aは、センサから環境データを取得し、環境データをAPI部110aに出力するデバイスドライバである。センサは、温度センサ、湿度センサ等に対応する。
The
API部110bは、制御部140からデータ送信の実行コマンドを受け付けた場合に、ドライバ120bを制御して、指定されたデータを送信する処理部である。例えば、API部110bは、環境データ、電力データ、スクリプトのデータなどを送信する。また、API部110bは、制御部140からデータ受信の実行コマンドを受け付けた場合に、ドライバ120bを制御して、データ受信を行う。
The
ドライバ120bは、通信装置に接続される。ドライバ120bは、通信装置を操作して、データを送受信するデバイスドライバである。
The
API部110cは、制御部140からスリープの実行コマンドを受け付けた場合に、ドライバ120cを制御して、ノード100に対する電源供給を制御する。なお、API部110cおよびドライバ120cは、電源供給を行うパワーモジュールから常時電源供給を受け付けており、ノード100に対する電源供給が停止しても、API部110c、ドライバ120cに対する電源供給は継続するものとする。例えば、API部110cは、X分間のスリープの実行コマンドを受け付けた場合には、このスリープの実行コマンドを受け付けたタイミングから、X分間の間、ノード100に対する電源供給を停止した後、電源供給を再開する。
When a sleep execution command is received from the
API部110dは、制御部140から電力データ検出の実行コマンドを受け付けた場合に、ドライバ120dを制御して、図示しないバッテリの電力データを検出する処理部である。
The
ドライバ120dは、バッテリに接続される。バッテリの電力データを検出し、検出した電力データをAPI部110dに出力する。
記憶部130は、識別情報管理テーブル130aと、スクリプト情報130bとを有する。例えば、記憶部130は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)などの半導体メモリ素子や、HDD(Hard Disk Drive)などの記憶装置に対応する。
The
識別情報管理テーブル130aは、ノード100を識別するノード識別情報と、ノード100の役割を識別する役割識別情報と、ノード100の属するグループを識別するグループ識別情報とを有する情報である。このうち、役割識別情報は、葉ノード(end device)または節ノード(Router)の何れかに設定される。
The identification information management table 130a is information including node identification information for identifying the
スクリプト情報130bは、サーバ50からノード100に送信されるスクリプトの情報に対応する。例えば、スクリプトの情報は、図4〜図9に示したコマンド列の情報である。
The
制御部140は、スクリプト情報130bに基づき、API部110a〜110dを制御することで所定の処理を実行する処理部である。制御部140は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)や、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積装置に対応する。また、制御部140は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等の電子回路に対応する。
The
制御部140は、API部110bを介してスクリプト情報130bを受信すると、受信したスクリプト情報130bを、記憶部130に格納する。制御部140は、識別情報管理テーブル130aを参照し、ノード100が節ノードである場合には、スクリプト情報130bを、API部110bを介して、隣接するノード100に送信する。
When receiving the
以下において、スクリプト情報130bに基づいて、制御部140が実行する処理の一例について説明する。制御部140は、スクリプト情報130bに含まれるTargetが、識別情報管理テーブル130aの各識別情報に対応するものである場合には、該当するコマンド列を順次実行する。例えば、制御部140は、Targetで指定されるノード100の識別情報と、識別情報管理テーブル130aのノード識別情報とが一致する場合に、該当するコマンド列を実行する。制御部140は、Targetで指定されるノード100の役割と、識別情報管理テーブル130aの役割識別情報とが一致する場合に、該当するコマンド列を実行する。制御部140は、Targetで指定されるノード100のグループの識別情報と、識別情報管理テーブル130aのグループ識別情報とが一致する場合に、該当するコマンド列を実行する。また、制御部140は、Targetが「All node」である場合には、識別情報管理テーブル130aの各識別情報にかかわらず、該当するコマンド列を順次実行する。
Hereinafter, an example of a process executed by the
制御部140が、図4、図5に示すスクリプトa1,a2を実行する場合の処理について説明する。一例として、識別情報管理テーブル130aの役割識別情報を「葉ノード(end device)」とする。図4では、スクリプトa1のTargetと、識別情報管理テーブル130aの役割識別情報とが一致するため、制御部140は、2行目から5行目までの処理を実行する。具体的に、制御部140は、センシングの実行コマンドを、API部110aに出力し、かつ、データ送信の実行コマンドをAPI部110bに出力する処理を、20秒毎に実行する。例えば、データ送信で送信されるデータは、API部110aで取得する環境データに対応する。
The processing when the
図5では、スクリプトa2のTargetと、識別情報管理テーブル130aの役割識別情報とが一致するため、制御部140は、2,3行目の処理を実行する。具体的に、制御部140は、API部110cに、スリープ(9分間のスリープ)の実行コマンドを出力する。
In FIG. 5, since the Target of the script a2 matches the role identification information of the identification information management table 130a, the
図11は、スクリプトa1,a2を実行した場合のノードの消費電力の一例を示す図である。図11の縦軸は消費電力を示し、横軸は時間を示す。例えば、図11に示す例では、制御部140が、スクリプトa1の処理を開始してから1分後に、スクリプトa2の処理を開始する処理を周期的に実行する場合について示す。図11に示すように、20秒毎に、センシングの実行コマンド、データ送信の実行コマンドが出力されるため、1分間の間に、センシングとデータ送信とが3回実行される。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of power consumption of a node when the scripts a1 and a2 are executed. The vertical axis in FIG. 11 indicates power consumption, and the horizontal axis indicates time. For example, the example illustrated in FIG. 11 illustrates a case where the
ここで、センシングおよびデータ送信の所要時間を10msとする。そうすると、ノード100は、1周期で30ms動作し、1時間では180ms動作することになる。センシングとデータ送信に要する消費電力を100mWとすると、1時間当たりのノード100の消費電力は、100mW×180ms/3600s=5×10^(−3)mWとなる。例えば、バッテリの残り電力が、15×10^(−3)mWである場合には、このノード100は、あと3時間で電力枯渇になることが分かる。
Here, it is assumed that the time required for sensing and data transmission is 10 ms. Then, the
制御部140が、図6、図7に示すスクリプトb1,b2を実行する場合の処理について説明する。一例として、識別情報管理テーブル130aのノード識別情報を「ノード100X」とし、役割識別情報を「葉ノード(end device)」とする。図6では、スクリプトb1のTargetと、識別情報管理テーブル130aのノード識別情報とが一致するため、制御部140は、2行目から5行目までの処理を実行する。具体的に、制御部140は、センシングの実行コマンドを、API部110aに出力し、かつ、データ送信の実行コマンドをAPI部110bに出力する処理を、60秒毎に実行する。例えば、データ送信で送信されるデータは、API部110aで取得する環境データに対応する。
Processing when the
図7では、スクリプトb2のTargetと、識別情報管理テーブル130aの役割識別情報とが一致するため、制御部140は、2,3行目の処理を実行する。具体的に、制御部140は、API部110cに、スリープ(9分間のスリープ)の実行コマンドを出力する。
In FIG. 7, since the Target of the script b2 matches the role identification information of the identification information management table 130a, the
図12は、スクリプトb1,b2を実行した場合のノードの消費電力の一例を示す図である。図12の縦軸は消費電力を示し、横軸は時間を示す。例えば、図12に示す例では、制御部140が、スクリプトb1の処理を開始してから1分後に、スクリプトb2の処理を開始する処理を周期的に実行する場合について示す。図12に示すように、60秒毎に、センシングの実行コマンド、データ送信の実行コマンドが出力されるため、1秒間の間に、センシングとデータ送信とが1回実行される。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of power consumption of a node when the scripts b1 and b2 are executed. The vertical axis in FIG. 12 indicates power consumption, and the horizontal axis indicates time. For example, the example illustrated in FIG. 12 illustrates a case where the
ここで、センシングおよびデータ送信の所要時間を10msとする。そうすると、ノード100は、1周期で10ms動作し、1時間では60ms動作することになる。センシングとデータ送信に要する消費電力を100mWとすると、1時間当たりのノード100の消費電力は、100mW×60ms/3600s=1.67×10^(−3)mWとなる。例えば、バッテリの残り電力が、15×10^(−3)mWである場合には、このノード100は、あと約9時間で電力枯渇になることが分かる。例えば、図11で説明した場合と比較して、図12では、約3倍、電力枯渇になる時間を延期することができる。
Here, it is assumed that the time required for sensing and data transmission is 10 ms. Then, the
制御部140が、図8に示すスクリプトc1を実行する場合の処理について説明する。一例として、識別情報管理テーブル130aのグループ識別情報を「グループM」とする。図8において、制御部140は、1行目のTargetとグループ識別情報とが一致するため、2行目から4行目までのコマンド列を実行する。具体的に、制御部140は、識別情報管理テーブル130aの役割識別情報を「End device」に設定する。
The processing when the
制御部140は、5行目のTargetとグループ識別情報とが一致しないため、6行目から8行目までのコマンド列の実行をスキップする。
The
制御部140は、9行目のTargetが「All node」であるため、10行目から12行目までのコマンド列を実行する。具体的に、制御部140は、ネットワークの再構成を実行する。例えば、制御部140は、API部110bを用いて、隣接するノード100との間でハローパケットを送受信し、センサーネットワーク70を再構築する。制御部140が、センサーネットワーク70を再構築する処理は、従来技術と同様の処理を実行してもよい。
The
制御部140が、図9に示すスクリプトc2を実行する場合の処理について説明する。一例として、識別情報管理テーブル130aのグループ識別情報を「グループM」とする。制御部140は、1行目のTargetとグループ識別情報とが一致しないため、2行目から4行目までのコマンド列の実行をスキップする。
The processing when the
制御部140は、5行目のTargetとグループ識別情報とが一致するため、6行目から8行目までのコマンド列を実行する。具体的に、制御部140は、識別情報管理テーブル130aの役割識別情報を「Router」に設定する。
The
制御部140は、9行目のTargetが「All node」であるため、10行目から12行目までのコマンド列を実行する。具体的に、制御部140は、ネットワークの再構成を実行する。例えば、制御部140は、API部110bを用いて、隣接するノード100との間でハローパケットを送受信し、センサーネットワーク70を再構築する。
The
ところで、スクリプト情報130bには、上述したコマンド列以外にも、定期的に、電力データをサーバ50に送信するコマンド列が格納されていても良い。制御部140は、かかるコマンド列を実行して、API部110b,110dにコマンドを出力することで、電力データをサーバ50に送信する。
Incidentally, the
次に、本実施例に係る制御システムのサーバ50およびノード100の処理手順について説明する。図13は、サーバの処理手順の一例を示すフローチャートである。図13に示すように、サーバ50は、センサーネットワーク70の各ノード100にネットワークを構築するためのスクリプト情報を送信することで、センサーネットワーク70を構築する(ステップS101)。
Next, a processing procedure of the
サーバ50は、ノード100から電力データを受信する(ステップS102)。サーバ50は、電力が閾値未満であるか否かを判定する(ステップS103)。サーバ50は、電力が閾値未満でない場合には(ステップS104,No)、再度ステップS102に移行する。
The
一方、サーバ50は、電力が閾値未満である場合には(ステップS104,Yes)、スクリプト情報を生成する(ステップS105)。サーバ50は、スクリプト情報をノード100に送信する(ステップS106)。
On the other hand, if the power is less than the threshold value (step S104, Yes), the
図14は、ノードの処理手順の一例を示すフローチャートである。図14に示すように、ノード100の制御部140は、サーバ50からスクリプト情報130bを受信する(ステップS201)。制御部140は、スクリプト情報130bを記憶部130に格納する(ステップS202)。
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the node. As illustrated in FIG. 14, the
制御部140は、役割識別情報が「Router(節ノード)」であるか否かを判定する(ステップS203)。制御部140は、役割識別情報が「Router」である場合には(ステップS203,Yes)、スクリプト情報130bを隣接ノードに送信する(ステップS204)。制御部140は、役割識別情報が「Router」でない場合には(ステップS203,No)、ステップS205に移行する。
The
制御部140は、スクリプト情報130bのTargetと、識別情報管理テーブル130aとを比較して、実行対象となるコマンド列を特定する(ステップS205)。制御部140は、コマンド列に対応する実行コマンドを該当するAPI部に出力する。また、制御部140は、コマンドがループ処理の場合には、繰り返し、実行コマンドをAPI部に出力する(ステップS206)。
The
次に、上記実施例に示したサーバ50と同様の機能を実現する制御プログラムを実行するコンピュータおよびハードウェア構成の一例について説明する。図15は、制御プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。
Next, an example of a computer and a hardware configuration for executing a control program that realizes the same functions as those of the
図15に示すように、コンピュータ300は、各種演算処理を実行するCPU301と、ユーザからのデータの入力を受け付ける入力装置302と、ディスプレイ303とを有する。また、コンピュータ300は、記憶媒体からプログラム等を読取る読み取り装置304と、ネットワークを介して他のコンピュータとの間でデータの授受を行うインターフェース装置305とを有する。また、コンピュータ300は、各種情報を一時記憶するRAM306と、ハードディスク装置307とを有する。そして、各装置301〜307は、バス308に接続される。
As shown in FIG. 15, the
ハードディスク装置307は、電力データ取得プログラム307aと、スクリプト生成プログラム307bと、送信プログラム307cとを有する。CPU301は、電力データ取得プログラム307a、スクリプト生成プログラム307b、送信プログラム307cを読み出してRAM306に展開する。電力データ取得プログラム307aは、電力データ取得プロセス306aとして機能する。スクリプト生成プログラム307bは、スクリプト生成プロセス306bとして機能する。送信プログラム307cは、送信プロセス306cとして機能する。例えば、電力データ取得プロセス306aは、電力データ取得部53aに対応する。スクリプト生成プロセス306bは、スクリプト生成部53bに対応する。送信プロセス306cは、送信部53cに対応する。
The
なお、電力データ取得プログラム307a、スクリプト生成プログラム307b、送信プログラム307cについては、必ずしも最初からハードディスク装置307に記憶させておかなくても良い。例えば、コンピュータ300に挿入されるフレキシブルディスク(FD)、CD−ROM、DVDディスク、光磁気ディスク、ICカードなどの「可搬用の物理媒体」に各プログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ300が電力データ取得プログラム307a、スクリプト生成プログラム307b、送信プログラム307cを読み出して実行するようにしてもよい。
The power data acquisition program 307a, the
次に、上記実施例に示したノード100のハードウェア構成の一例について説明する。図16は、ノードのハードウェア構成を示す図である。例えば、ノード100は、エナジーハーベスト素子10、パワーモジュール11、バッテリ12、センサーデバイス13、I/O(Input Output)14、RF(Radio Frequency)15、タイマ16、メモリ17、CPU18を有する。
Next, an example of a hardware configuration of the
エナジーハーベスト素子10は、環境電波や温度などを用いて微弱発電する素子であり、例えば、ソーラーパネル等に対応する。
The
パワーモジュール11は、エナジーハーベスト素子10、バッテリ12に接続され、ノード100のI/O14、RF15、タイマ16、メモリ17、CPU18に対する電源供給・停止を行う装置である。パワーモジュール11は、タイマ11aと、PMU(Power Management Unit)11bとを有する。タイマ11aは、時間の情報をPMU11bに出力するタイマである。PMU11bは、ノード100のI/O14、RF15、タイマ16、メモリ17、CPU18に対する電源供給・停止を行う。例えば、CPU18から、9秒間スリープせよとの実行コマンドを受け付けた場合には、9秒間、I/O14、RF15、タイマ16、メモリ17、CPU18に対する電源供給を停止することで、ノード100を、スリープ状態に移行させる。バッテリ12は、エナジーハーベスト素子10から生成される電力を蓄積する装置である。
The
センサーデバイス13は、各種の環境データをセンシングする装置である。I/O14は、センサーデバイス13から環境データを取得する装置である。RF15は、他の装置と無線通信を実行する通信装置である。タイマ16は、CPU18に時間の情報を出力するタイマである。メモリ17は、各種の情報を格納する記憶装置であり、例えば、図10の記憶部130に示した、識別情報管理テーブル130a、スクリプト情報130bを格納する。CPU18は、図10に示した制御部140に対応する装置である。
The
次に、本実施例に係る制御システムの効果について説明する。センサーネットワーク70を構成する各ノード100に単純なAPI部、ドライバ、逐次処理・ループ処理の制御構造のみを持たせ、サーバ50側から単純な逐次処理・ループ処理を合わせたスクリプト情報をノード100に通知して実行させるので、センサーネットワーク70の運用コストを削減することができる。
Next, effects of the control system according to the present embodiment will be described. Each
例えば、従来のノードのように、ノード側に全ロジックを搭載させると、ノード側で2MByteのデータ容量を使用することになる。これに対して、本実施例のように、スクリプト情報をノード100に送信して動作させることで、ノード100側では8kByteのデータ容量の使用ですむ。
For example, if all logic is mounted on the node side as in a conventional node, the node uses a data capacity of 2 MBytes. On the other hand, by transmitting the script information to the
また、一般に、ソフトウェアは実装量と制御ブランチ量に比例して、潜在バグ率が上昇するが、本実施例で用いるスクリプト情報は、データ量が少ないため、潜在バグ率を従来のノードと比較して低減させることができる。 In general, the potential bug ratio of software increases in proportion to the amount of implementation and the amount of control branches, but the script information used in this embodiment has a small data amount, so the potential bug ratio is compared with that of a conventional node. Can be reduced.
また、本実施例では、ノード100から取得する電力データに基づき、電力枯渇の発生しそうなノード100を特定し、スクリプト情報を用いて、ノード100の役割や、動作のパターンを変更するので、電力枯渇を未然に防止できる。また、判定ロジックを動的に変更することができる。
Further, in the present embodiment, based on the power data acquired from the
また、本実施例に係るノード100は、役割が節ノードである場合に、サーバ50から受信したコマンド列のデータを、隣接ノードに転送するため、センサーネットワーク70の各ノード100に、スクリプト情報を通知することができる。
Further, when the role is a node, the
また、本実施例に係るノード100は、識別情報管理テーブル130aに、グループ識別情報を有し、スクリプト情報のTargetで指定されるグループと、グループ識別情報とが一致する場合に、スクリプトのコマンド列を実行する。このため、サーバ50は、グループ毎に、一括して、ノード100の役割や、動作パターンを変更することができる。
Further, the
50 サーバ
60 ゲートウェイ
100a,100b,100c,100d,100e,100f,100g,100h,100i,100j,100k,100l ノード50
Claims (5)
前記サーバは、
前記ノードに実行させる所定の処理を逐次処理および前記逐次処理を繰り返し実行させるループ処理の組み合わせで記述したコマンド列であって、前記ノードのバッテリに蓄積された電力量の情報と、前記ノードの発電状態の統計情報と、日照日没の時間とを基にして、前記ループ処理の実行頻度を調整した前記コマンド列のデータを生成する生成部と、
前記生成部に生成された前記コマンド列のデータを前記ノードに送信する送信部を有し、
前記ノードは、
ソーラーパネルによって電力が供給されるバッテリによって駆動し、
前記サーバから受信した前記コマンド列のデータを格納する記憶部と、
予め定められた逐次処理を実行する複数のAPI(Application Programming Interface)部と、
前記記憶部に記憶されたコマンド列に基づいて、前記API部を選択し、選択したAPI部に逐次処理およびループ処理を実行させる制御部と
を有することを特徴とする制御システム。 A control system having a plurality of nodes and a server configuring a network,
The server is
A command sequence in which a predetermined process to be executed by the node is described as a combination of a sequential process and a loop process for repeatedly executing the sequential process. A generation unit that generates data of the command sequence in which the execution frequency of the loop processing is adjusted based on the statistical information of the state and the time of sunshine sunset;
A transmission unit that transmits the data of the command sequence generated by the generation unit to the node,
The node is
Powered by a battery powered by solar panels,
A storage unit for storing the data of the command sequence received from the server,
A plurality of API (Application Programming Interface) units for executing predetermined sequential processing;
A control unit that selects the API unit based on a command sequence stored in the storage unit, and causes the selected API unit to execute a sequential process and a loop process.
生成した前記コマンド列のデータを前記ノードに送信し、
ソーラーパネルによって電力が供給されるバッテリによって駆動する前記ノードが、前記サーバから受信した前記コマンド列のデータを記憶装置に格納し、
前記記憶装置に記憶されたコマンド列に基づいて、予め定められた逐次処理を実行する複数のAPI(Application Programming Interface)部を選択し、選択した各API部に逐次処理およびループ処理を実行させる
処理を実行することを特徴とする制御方法。 A server, the data of a command sequence described by a combination of a sequential process and a loop process for repeatedly executing the predetermined process to be executed by each node constituting the network, the power stored in the battery of the node Based on the information of the amount, the statistical information of the power generation state of the node, and the time of sunshine sunset, the data of the command sequence in which the execution frequency of the loop processing is adjusted is generated,
Transmitting the generated data of the command sequence to the node,
The node that is driven by a battery powered by solar panels, and stores data of the command string received from the server to the storage device,
A plurality of API (Application Programming Interface) sections for executing predetermined sequential processing are selected based on a command sequence stored in the storage device, and the selected API sections execute sequential processing and loop processing. A control method characterized by performing:
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